基于QuartusⅡ简易路口交通信号灯管理系统的仿真设计
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基于QuartusⅡ简易路口交通信号灯管理系统的仿真设计
2011级通信工程一班刘志鹏一、实验目的
通过此次自主设计、仿真完成过程,对QuartusⅡ加深认识,并且能密切地将其与实际问题联系在一起,增强自身独立解决实际问题的能力。
二、实验要求
在马路的十字路口,X和Y方向除了有红灯、绿灯、黄灯指示灯是否允许通行外,内部还设有倒计时时钟进行计数,控制允许通行和禁止通行的时间。为了实验方便,假定绿灯,黄灯,红灯的持续时间分别为5秒、2秒和7秒。当X 方向或者Y方向出现警车、消防车、救护车等优先通行类车辆时,则X、Y方向红灯全亮,其他灯全灭,其他车辆禁止通行。当特殊状态结束后,恢复原来状态,继续正常运行。
三、实验需求分析
根据分析,此实验主要有两个功能:一是实现交通信号灯的时间控制,二是实现外部开关可以控制交通灯在特殊情况下的状态,而且当出现特殊情况下,交通信号灯的计数时间停止,以便特殊情况结束后信号灯恢复到正常状态。
四、设计过程
1、计数模块
本设计方案计数使用16进制加法计数器74161,采用异步置零的方法接成14进制计数器,计数状态从0000-1101,其中在0000-0004段控制绿灯亮,
0005-0006段控制黄灯亮,0007-0013段控制红灯亮。计数电路图如下所示:
2、信号灯控制电路 记计数器输出为
123Q Q Q Q ,则控制交通信号灯的真值表为:
123Q Q Q Q
G1 Y1 R1 0000 1 0 0 0001 1 0 0 0010 1 0 0 0011 1 0 0 0100 1 0 0 0101 0 1 0 0110 0 1 0 0111 0 0 1 1000 0 0 1 1001 0 0 1 1010
1
1011 0 0 1 1100 0 0 1 1101 0
1
经过整理化简状态方程,得到:
230123Q Q Q Q Q Q G +=
01230123Q Q Q Q Q Q Q Q Y +=
01233Q Q Q Q Q R +=
使用 Quartus Ⅱ仿真控制电路,得到图如下:
同理可得G2、Y2、R2的真值表,状态方程和电路连接情况略,计算方式与上面类似。
123Q Q Q Q
G2 Y2 R2 0000 0 0 1 0001 0 0 1 0010 0 0 1 0011 0 0 1 0100 0 0 1 0101 0 0 1 0110 0 0 1 0111 1 0 0 1000 1 0 0 1001 1 0 0 1010 1 0 0 1011 1 0 0 1100 0 1 0 1101
1
3、特殊情况应急电路
利用一个外置的SWITCH (开关)对G 、Y 、R 进行控制,即当SWITCH 为1时,G 和Y 置0,R 置1。此操作可用与门和或门实现。电路图如下所示。
4、特殊情况应急电路停止CLK信号输入电路
若SWITCH置1,则强迫CLK信号置1,计数器停止计数。待SWITCH置0的时候计数器恢复计数状态。电路图如下:
5、驱动7段LED灯数字显示控制电路
以G11—G17为例用信号灯控制电路的输出与CLK信号“与”,当作减法计数器74190的CLK信号。将74190采用置数的方法接成X进制减法计数器(X为当前信号灯工作的时间),再将74190的输出接入7segment7448,从而输出可以接7段LED灯的七个输入引脚。电路图如下所示:
6、总设计
将所有模块整合之后得到的总电路如下所示:
其中,G1、Y1、R1为X方向的信号灯,G2、Y2、R2为Y方向的信号灯。
G11—G17、Y11—Y17、R11—R17为X方向的倒计时LED时钟输入,G21—G27、Y11—Y27、R21—R27为Y方向的倒计时LED时钟输入。
五、输出波形仿真结果
1、当输入CLK信号,SWITCH置1时的仿真波形如下图
2、当SWITCH置0时的仿真波形如下图
可以看出,当SWITCH置1时,无论经过多少CLK信号,总是R=1,G=Y=0。
且所有时钟停止。综上,此交通信号灯控制电路工作正常。
六、总结
经过缜密的设计步骤,交通信号灯控制电路基本设计完成。本设计实现了交通信号灯在时钟信号控制下的绿、黄、红灯的转换,并且提供了特殊情况的应急控制系统,有一定的实用性。除此之外,本实验还可以进行其他功能的扩展例如加入倒计时LED灯进行时间指示,有一定的可开发性。但是,本设计也有很多缺点,例如门电路过多,不宜装配;计数时间仅仅是模拟时间,比真实时间短很多。我也希望能有机会进行改善。